液压伺服控制概论

第五章系統的考慮SystemAnalysis加速度力之等式JdtdJ)e(Ci)(CiMadtxdM)e(Fi)x(Fi2225-1.2流量方程式單位時間內流入系統的質量為流出質量為inmoutmdtdρVdtdVρmmdtdMoutin單位時間內流入系統的流量為流出流量為inQoutQdtdρρVdtdVQQdtdQoutin容積變化與壓力成線性關係，PkVdtdρρVdtdxAdtdPkQQdtdQoutin可得流量方程式5-2伺服系統的驅動1.使用液壓缸(輸出推力與拉力)的場合][kgAPF[cm/sec]AQvfL2.使用液壓馬達(迴轉形致動器)的場合cm][kgRDPT[rev/sec]RDQωfL圖5.1液壓油受力壓縮特性圖500100085.090.095.00.0.1C0C40C100)cm/Kg(P2f壓力)cm/g(3密度圖5.2液壓缸活塞的位移XAXA壓縮流量dtdV彈性變形範圍內，容積變化與壓力成線性關係dtdPkdtdV變形流量dtdxAdtdV圖5.3負荷曲線圖圖5.4平衡形滑軸式控制閥引起流體鎖固現象的主要原因如下：1.與時間的關係2.套管和滑軸的間隙3.與壓力的關係4.滑軸的形狀5.滑軸的作動6.油中的污物流體鎖固現象的分析圖5.5圓筒偏心滑軸流體鎖固現象的分析圖5.6錐形偏心滑軸圖5.7側壓力與錐度特性)c()b()a(徑向位移0力壓側壓力降側壓力的增加率隨錐度的減小而急速減少壓力降P2fcm/kg70軸長L0.24cm半徑a0.16cm大徑部間隙C0.0005cm壓力降斜度t(a)斜度t(b)斜度t(c)0.0013cm0.0025cm0.005cm圖5.8常見的滑軸形狀產生之側壓力5-4.1液壓缸之應用•液壓缸推動負載時，需克服下列數種不同的力量：•1.，使負載加速之力；•2.，滑動面之摩擦力；•3.，液壓缸本身油封之摩擦阻力；•4.，作用於負載上之外力(如風力、切削阻抗、滑動面上之髒污……等)。•推動負載，需有足夠之壓力使液壓缸出力足以克服以上阻力，所需之力F為：ESCaFFFFF圖5.9液壓缸伺服控制系統1A2ASFaFEF1P1Q2Q2PCF21AARTPTPSPAB圖5.11液壓馬達伺服控制系統)(JDLT,T2P2Q1QMD1PTPSPPTAB5-4.2旋轉控制之應用•轉動馬達所需的所有轉矩由三個主要因素決定：•1.Ta，加速負載所需要之扭矩•2.TL，保持負載動作所需之轉矩•3.TD，馬達之阻尼轉矩全部所需之扭矩T為：cmkgTTTaTfDL圖5.13定流量泵和放洩閥之定壓力供應迴路ABTPTPSP定流量泵放洩閥圖5.14利用壓力開關感測之定壓力供應迴路ABPT定流量泵放洩閥壓力開關SP蓄壓器圖5.15使用具壓力補償的可變量液壓泵之定壓力供應迴路ABPT放洩閥SP壓力補償可變量泵圖5.16安裝蓄壓器改善可變量泵反應時間之問題ABPT壓力補償可變量泵SP放洩閥蓄壓器圖5.17伺服閥導壓階段獨立的導引壓力可減少受到系統壓力之波動或低系統壓力之影響ABPT放洩閥放洩閥SPSP圖5.18伺服閥配合可變量液壓泵來控制系統的流量ABPT電磁閥液壓缸可變量泵TPAB5-6.1液壓伺服系統中常見之之污染物•1.微粒子污染依性質分為剛性粒子與軟性粒子；而依大小也可細分為淤泥(silt)與碎片(chip)•2.水污染當水份濃度低時，水完全溶於液壓油中，為溶液型態；一旦濃度過高，超量的水氣便懸浮在液壓油中，造成液壓油的混濁乳化•3.空氣污染空氣也會以兩種形態存於液壓系統中，溶解與懸浮5-6.2污染物對伺服系統的影響1.內壁：粒子會造成內壁磨耗；而空氣與水也會造成鏽蝕與液壓油中保護管路的添加劑失效。2.液壓泵：液壓油中懸浮的氣泡，會在液壓泵中產生氣蝕破壞。3.內漏：粒子在滑軸與滑軸套中磨擦，造成間隙加大，增加內漏。4.解析度：在滑軸與滑軸套間的粒子會造成滑軸移動困難，降低解析度。5.遲滯：在液壓油的水份，會降低液壓油的絕緣性，增加遲滯。6.中立點平衡：在液壓油中的粒子，會造成噴孔的堵塞、滑軸與軸套磨損，使控制閥中迴路的壓力不平衡，造成中立點偏移。5-6.3過濾器的構造•1.輸入端•2.濾蕊•3.表面過濾•4.深層過濾•5.壓力外殼•6.油污指示器5-6.4過濾器的種類與設置吸入口過濾器高壓過濾器回油過濾器離線過濾器5-6.5液壓油潔淨度等級•目前通用有兩種標準：ISO4406(國際標準組織)與NAS1638(歐洲共通標準)，兩者皆提供了以顆粒數為基礎的液壓油潔淨度標準。NAS-1683等級範例a/b/c直徑大於2微米之粒子數直徑大於5微米之粒子數直徑大於15微米之粒子數表5.1ISO4406等級表ISO4406Chart範圍代碼每毫升中粒子數目範圍代碼每毫升中粒子數目最低最高最低最高60.320.641632064070.641.3176401,30081.32.5181,3002,50092.55192,5005,00010510205,00010,0001110202110,00020,0001220402220,00040,0001340802340,00080,00014801602480,000160,00015160320表5.2NAS1683等級表m粒子大小(直徑)與數量範圍等級5~1515~2525~5050~1001000012522410025044820150089163121,000178326132,0003566311244,00071212622458,0001,425254458616,0002,8505089016732,0005,7001,01218036864,00011,4002,025360649128,00022,8004,05072012810256,00045,6008,1001,44025611512,00091,20016,2002,880512121,024,000182,00032,4005,7601,024圖5.19系統方塊圖PLC可程式控制器高速計數模組負載感應模組D/A轉換器伺服控制器致動器負載感應器(LoadCell)外部負荷光學尺(OpticalScale)輸出D/A轉換器比例放洩閥液壓源圖5.20液壓迴路圖蓄壓器壓力錶光學尺PLC控制器低壓過濾器比例式洩載閥高壓過濾器伺服控制閥ABPTA/DA/DA/DOutputInputCellLoadmm200THEEND